Оси координат и направления движений в станках с чпу

Расположение и обозначение осей координат, отвечающих на­правлениям независимых управляемых движений (управляемых координат) в современных станках, обычно принимают в соответ­ствии со стандартом ISO —R841 международной организации по стандартизации. В основу положена правая система координат с осями х, у, г, которые указывают положительные направления движения инструментов относительно неподвижной заготовки. Если инструмент неподвижен, а заготовка перемещается отно­сительно инструмента, то соответствующие ее положительные пе­ремещения направлены в противоположные стороны и обознача­ются х'у у', г'.

За положительные направления перемещений принимают та­кие перемещения, при которых инструмент и заготовка удаляются друг от друга. Ось х всегда располагают горизонтально, а ось г совмещают с осью вращения инструмента (в токарных станках ось совмещают с осью вращения заготовки). Круговые переме­щения инструмента относительно заготовки считаются положи­тельными при направлении против часовой стрелки, если смотреть на острие соответствующей оси координат. Повороты обозначают буквами А (вокруг оси х), В (вокруг оси у) и С (вокруг оси г). При вращении заготовки, а не инструмента положительные на­правления меняются на обратные, а угловые координаты обозна­чаются: А', В' и С.

При программировании перемещений других органов станка в параллельных направлениях (кроме основных х, у, г) оси обозначаются буквами: U, V, W (вторичные оси) и Р, Q, R (третичные). Примеры расположения осей координат и направле­ний движений для станков с ЧПУ некоторых типов (фрезерный, сверлильно-расточный) показаны на рис. 22.8.

На станках с ЧПУ, предназначенных для обработки корпус­ных, плоских и других заготовок, не вращающихся при обра­ботке, координаты обозначают в соответствии с правилом правой руки: большой палец — ось х, указательный — у, средний — г (рис. 22. 8, а). Для определения координат перемещений станка правую руку мысленно кладут тыльной стороной на обрабаты­ваемую плоскость заготовки <(рис. 22.8, б, в) так, чтобы полусог­нутый средний палец совпадал с осью инструмента (+г). Тогда большой палец покажет направление координаты (+z), указатель­ный +у. Так. на рис. 22.8, б движения инструмента вдоль своей оси обозначены -f-z, прямолинейные движения заготовки -\-х'.

Для определения знака кругового перемещения мысленно охватывают правой рукой одну из координат осей так, чтобы большой палец показывал ее положительное направление (рис. 22.8, г). Тогда остальные пальцы покажут положительные направления кругового перемещения. Для примера на рис. 22.8, в обозначен (+В') поворот заготовки вместе со столом станка вокруг оси у.

Системы программного управления и их технологические возможности

Кулачковые и гидрокопировальные автоматы и полуавтоматы относят также к программно-управляемым. Программоносители, кулачки и копиры являются деталями оснастки, и точность из­готовления их определяет точность обработки заготовок. Поэтому разработка и изготовление новых кулачков и копиров — довольно трудоемкий процесс.

Принципиальное отличие станков с ЧПУ от рассмотренных выше заключается в задании программы обработки заготовок в числовой форме. Траектория движения инструмента относи­тельно обрабатываемой заготовки задается в виде ряда последова­тельных положений, каждое из которых определяется численными значениями координат принятой системы.

Сочетание численных значений, определяющих ряд последо­вательных положений инструмента (или иначе ряд опорных точек траектории), представляет собой программу работы станка, выраженную в числовом виде.

Управляющая программа для станка с ЧПУ записывается на специальном программоносителе. В качестве программоносителя используют перфоленту, магнитную ленту, гибкие магнитные диски и специальные электронные устройства (на основе микро­схем). Структурная схема системы ЧПУ станка приведена на рис. 22.9. Числовая управляющая информация на программоноси­теле 1 считывающим устройством 2 преобразуется в электрические сигналы, которые подаются в блок управления 3. В блоке управ­ления происходит декодирование информации, считанное с про­граммоносителя, формирование управляющего сигнала, напри­мер импульсов, соответствующих заданному перемещению рабочего органа (а частота следования импульсов определяет скорость подачи). Управляющие импульсы усиливаются и подаются на исполнительные механизмы 4 рабочих органов станка 5.

Управляющая программа, кроме информации о перемещениях рабочих органов, может содержать сведения о частоте вращения шпинделя станка, применяемой СОЖ, смене инструмента и т. д.

Одной из важнейших характеристик станка с ЧПУ является разрешающая способность А/, т. е. то минимальное перемещение, которое может быть осуществлено рабочим органом станка и соответственно задано программой. Разрешающая способность может быть различной (по осям координат) для одного и того же станка.

Например, для токар ного станка (рис. 22.9) разре­шающая способность по оси г, как правило, выше, чем по оси х. Без учета факторов, вызываю­щих отклонение размеров, тео­ретически достижимую точность токарного станка можно при­нять равнол разрешающей спо­собности: например, по диамет­ру — 0,005 мм и по осевым размерам—0,01 мм. В зависимости от вида обработки станки оснащают различными устройствами управ­ления. Системы ЧПУ классифицируют в зависимости от формообра­зования при обработке на контурные, позиционные и универсаль­ные; в зависимости от структуры системы управления — на замкнутые и разомкнутые и в зависимости от способа представле­ния управляющей информации — на дискретные и непрерывные.

Позиционные системы обеспечивают точную установку инстру­мента на рабочую позицию. Перемещение между позициями происходит без функциональной связи между координатами стан­ка. Такие системы применяют на сверлильных, расточных стан­ках, т. е. там, где траектория движения между позициями не имеет существенного значения.

Контурные системы характеризуются формообразованием об­рабатываемой поверхности в результате непрерывного перемеще­ния инструмента по заданному контуру. Для контурных систем характерно совместное движение нескольких рабочих органов при наличии непрерывной функциональной связи между этими дви­жениями. Эшми системами снабжены станки токарной, фрезер­ной групп. Многоцелевые станки обычно снабжают универсаль­ной системой для позиционной и контурной обработок.

Замкнутые системы программного управления представляют собой следящие системы; они содержат элементы, позволяющие следить за положением рабочих органов.

Разомкнутые системы характеризуются тем, что рабочий ор­ган перемещается под действием привода (например, тяговых двигателей) и его положение не контролируется.

Дискретные системы — это системы, где информация переда­ется в форме импульса.

Непрсрыпнычи называют системы, в которых для передачи информации используется непрерывный управляющий сигнал (например, в виде синусоидального переменного напряжения).

Для обозначения степени автоматизации в обозначении моде­лей с ЧПУ и многоцелевых станков добавляют букву Ф с цифрой: Ф1 — станки с цифровой индексацией и предварительным набо­ром координат; Ф2 — станки с позиционными системами; ФЗ — станки с контурными системами; Ф4 — станки с универсальной системой для позиционной и контурной обработки.

Как отмечалось выше, для обработки контура детали (токар­ные, фрезерные станки и др.) необходимо согласованное переме­щение нескольких рабочих органов станка. Функциональная связь перемещений задается на программоносителе либо в виде отдель­ных для каждого исполнительного механизма сигналов, либо в виде описаний опорных точек траектории и функции, описыва­ющих траекторию движения инструмента от одной опорной точки до другой.

В первом случае блоки управления 3 (см. рис. 22.9) имеют простое устройства, но на программоносителе должны быть запи­саны команды на каждое элементарное перемещение (оно равно разрешающей способности станка) и для каждой координаты; программа получается длинной, и без использования ЭВМ про­граммирование усложняется. Во втором случае программисту не требуется перечислять все координаты движения инструмента при обработке, но при этом должен быть интерполятор, обеспечиваю­щий согласованное движение рабочих органов станка между опор­ными точками траектории.

Интерполятор — электронное устройство, работающее по принципу цифровой ЭВМ. В интерполятор закладывают опреде­ленный алгоритм интерполяции. В зависимости от того, по каким законам осуществляется интерполирование, различают интерпо­ляторы линейные, квадратичные и более высокого порядка. Тип интерполятора определяет тип траектории, по которой движется инструмент между опорными точками: линейный интерполятор — по прямой, квадратичный — по дуге окружности и т. д.

Из изложенного вытекает, что для успешной работы системы ЧПУ необходимы элементы цифровой вычислительной техники. Так появилась тенденция объединения системы ЧПУ и ЭВМ. Первоначально появились системы управлений группой стан­ков от одной ЭВМ. Эти ЭВМ наряду с управлением станком поз­воляют решать задачи автоматизации программирования, диаг­ностики состояния станков, рассчитать загрузку станков и ре­шить другие задачи.

С развитием микроэлектроники размеры и стоимость ЭВМ значительно уменьшились; повысилась надежность, упростилось обслуживание. В результате появилась возможность оснащать каждый станок отдельной ЭВМ (например, токарный 16К20ФЗРВ2, токарно-сверлильно-расточной многоцелевой ИР320ПМФ4 и др.).

В ЭВМ станка можно заложить систему автоматизированного проектирования технологической операции. Известны станки с ЧПУ, на которых для обработки заготовки необходимо описать контур детали с указанием допусков, параметра шероховатости поверхности, контур заготовки и ее материал.

Все дальнейшие расчеты и решения выполняет ЭВМ в автома­тическом режиме (т. е. назначает режимы резания, число перехо­дов, рабочих ходов, выбирает инструмент из имеющегося на станке 264 накопителя, выдает команды роботу на установку заготовок и снятие готовых деталей).

По степени участия ЭВМ в работе ЧПУ и станка различают три основных типа систем: NC — система, работающая от перфо­ленты или другого программоносителя; CNC — система с микро-ЭВМ, непосредственно подключенной к системе ЧПУ и выполняю­щей функции прямого управления процессом обработки; DNC — система прямого управления группой станков от одной централь­ной ЭВМ.